一种配电变压器容量序列等级优化方法

摘要

本发明提供了一种配电变压器容量序列等级优化方法，属于电力系统配电变压器领域。首先根据相关现有标准所规定的额定容量自最小容量等级序列开始分组计算，直到变压器平均综合损耗曲线出现明显拐点，发生拐点的容量等级则是该分组容量等级序列的平均综合损耗最小的最佳容量等级，再以下一容量等级为起点，继续进行容量等级序列分组，按照上述步骤依次优化计算，直至出现拐点，选出该组平均综合损耗最小的最佳容量等级。然后依次类推，最终形成优化后的新的容量等级序列。可有效降低配电变压器的初始投资成本，利于电网应急物资和运行物资的储备与调度，降低电网运营成本和发挥整体规模优势，同样也利于配电网主要设备的标准化和规范化。

说明书

技术领域

本发明涉及一种配电变压器容量序列等级优化方法，属于电力系统配电变压器领域。

背景技术

在1998年～2000年期间大规模城乡电网改造中，我国大量采用了S9型配电变压器，约占据系统中在役配电变压器的50％～60％。近年来，通过采用新技术、新材料、新结构、新工艺，国内新型节能配电变压器的性能水平不断提升，S11型配电变压器成为新建与改造工程中的主流产品。配电变压器的采购价格因采购规模大小而上下浮动，同容量同规格产品采购数量越大，采购价格越低。

依据国家标准GB/T 6451-2008《油浸式电力变压器技术参数和要求》、GB/T 10228-2008《干式电力变压器技术参数和要求》以及机械行业标准JB/T 3837《变压器类产品型号编制方法》等相关标准的规定，10kV级S11型三相油浸式双绕组无励磁调压配电变压器的容量范围为30～1600kVA，共17个容量等级；10kV级SCB10型三相干式无励磁调压配电变压器的容量范围为30～2500kVA，共18个容量等级。配电变压器容量序列等级较多，不利于电网应急物资和运行物资的储备与调度，不利于降低电网运营成本和发挥整体规模优势，同样也不利于配电网主要设备的标准化和规范化。表1为10kV变压器容量等级序列优化前后容量等级序列中的容量等级数据对比情况。

表110kV变压器容量等级序列优化前后对比

  变压器容量等  级序列优化  主要分类 优化计算依据 变压器类型  标准容量  范围  容量等级  数量(个)  优化后容量等级  序列  优化后  容量等  级数量  (个)  单相油浸式配  电变压器 D11型单相油浸式配电变压 器  5～160kVA  12  10kVA、30kVA、80kVA、  160kVA  4  三相油浸式配  电变压器 S11型三相油浸式双绕组无 励磁调压配电变压器  30～1600kVA  17  50kVA、100kVA、250kVA、  630kVA、1600kVA  5  三相干式配电  变压器 SCB10型三相干式无励磁 调压配电变压器  30～2500kVA  18  50kVA、160kVA、400kVA  1000kVA、2500kVA  5

由表1数据可以看出，通过采用配电变压器容量序列等级优化方法进行优化，无论是单相变压器还是三相变压器，无论是油浸式变压器还是干式变压器，既满足具有较好的总体节能效果，又满足负荷及其发展需求，各类变压器容量等级序列中的容量等级数量由12～18个，简化至4～5个，有利于电网应急物资和运行物资的储备与调度，降低电网运营成本和发挥整体规模优势，同样也利于配电网主要设备的标准化和规范化。

发明内容

本发明的目的是提供一种配电变压器容量序列等级优化方法。城乡电网中的绝大多数配电变压器的负荷都不是均匀不变的，而是呈现出典型的日负荷变化特征或季节性负荷特征。高峰时期台区配电变压器处于满载或过载运行状态，而低谷时期台区配电变压器基本处于空载或轻载状态。配电变压器容量配置并不是正好满足最大负荷需求就是最经济的，而需要根据配电变压器具体技术性能参数进行优化计算，合理配置。

配电变压器自身具有电阻和电感，只要带电运行，存在电磁变化，就存在自身损耗。配电变压器的运行损耗在我国配电网中，尤其是在广大的农村配电网中占据相当比重(约30％～70％)，成为整个配电网损耗的重要组成部分。重点考虑变压器自身的变电运行成本，以满足负荷需求和节能降损为原则，进行配电变压器容量等级序列优化，以便于电网应急物资和运行物资的储备与调度，降低电网运营成本，发挥整体规模优势，有效推动配电网主要设备的标准化和规范化进程。

本发明提出了一种配电变压器容量序列等级优化方法，其特征在于：

对同一负荷各平均负载率的情况下，对相近容量等级序列进行优化，依据下式进行优化计算：

${\beta }_{\mathrm{ik}}=\frac{S_n}{S_i}\times {\beta }_{\mathrm{nk}}$(其中k＝1，2，3……)       (1)

P_ik＝AVERAGE[P_0i+K_tβ_ik²P_ki+C(Q_0i+K_tβ_ik²Q_ki)]     (2)

式(1)和(2)中：

S_n-分组中选定的基准容量；

S_i-分组中的第i个等级容量；

β_ik-配电变压器容量为S_i时相对基准容量S_n各负载率下的折算负载率；

β_nk-配电变压器容量基准容量S_n时的负载率；

P_ik-配电变压器容量序列组合中的平均负载率β_nk下的变压器平均综合损耗；

P_0i-配电变压器容量为S_i的额定空载有功损耗，单位为：kW；

K_t-负载波动损耗系数，一般取1.05；

P_ki-配电变压器容量为S_i的额定负载有功损耗，单位为：kW；

Q_ki-配电变压器容量为S_i的额定空载无功损耗，单位为：kvar；

C-无功经济当量，kW/kvar；此处无功经济当量取0.1；

针对某种型号的配电变压器进行容量等级序列优化，首先应根据相关现有标准所规定的额定容量自最小容量等级开始分组计算：

分组就是自标准容量序列中的最小容量等级开始，一般4～6个为一组，如果计算中发现直到分组中的最大容量等级平均综合损耗曲线也没有出现拐点，可继续增加分组中的容量等级个数。具体计算方法可对(2)式进行分解：

${\beta }_i=\frac{S_n}{S_i}\times {\beta }_n$

其中：

S_n为分组中的基准容量等级，设基准容量的负载率为β_n；

S_i为分组的其他容量等级，β_i为同样负荷折算到该容量等级的负载率；

P_i1＝P_0i+K_tβ_i(0.1)²P_ki+k(Q_0i+K_tβ_i(0.1)²Q_ki)

P_i2＝P_0i+K_tβ_i(0.2)²P_ki+k(Q_0i+K_tβ_i(0.2)²Q_ki)

                           ●

                           ●

                           ●

P_i＝AVERAGE(P_ik)  (其中k＝1，2，……)

依据各分组容量等级各负载率下的平均综合损耗，制作各分组容量等级的平均综合损耗曲线，横坐标为容量等级，单位kVA；纵坐标为平均综合损耗，单位为kW。如果平均综合损耗曲线出现明显拐点，发生拐点的容量等级则是该分组容量等级序列的平均综合损耗最小的最佳容量等级，再以拐点的下一容量等级为起点，继续进行容量等级序列分组，按照上述步骤依次优化计算，直至出现拐点，选出该组平均综合损耗最小的最佳容量等级；然后按照以上的分组和优化计算方法，直至计算到标准中规定的最高容量等级，各组中保留的拐点容量等级组成优化后的新的容量等级序列。

其中，将上述方法细化为以下步骤：

(1)对标准容量等级由低到高进行分组，以4～6个容量等级为一组，首先确定第一组，以最低容量等级为基准容量等级，可按照式(3)式计算其不同负载率下的负荷大小，其中S_n为分组中选定的基准容量；β_nk为配电变压器容量基准容量S_n时的负载率，k＝1，2，3……；S_sjnk为基准容量等级不同负载率下的实际负荷大小：

S_sjnk＝β_nkS_n            (3)

(2)按照(4)式计算基准容量下不同负载率下的综合损耗及其平均值：

P_nk＝AVERAGE[P_0n+K_tβ_nk²P_kn+C(Q_0n+K_tβ_nk²Q_kn)]     (4)

其中：

P_nk-配电变压器容量序列组合中基准容量等级平均负载率β_nk下的平均综合损耗；

P_0n-配电变压器基准容量S_n的额定空载有功损耗，单位为：kW；

K_t-负载波动损耗系数，一般取1.05；

P_kn-配电变压器基准容量S_n的额定负载有功损耗，单位为：kW；

Q_kn-配电变压器基准容量S_n的额定空载无功损耗，单位为：kvar；

C-无功经济当量，kW/kvar；此处无功经济当量取0.1；

(3)计算分组中的比基准容量等级高一容量等级的折算负载率，设分组中比基准容量等级高一等级的容量为S_n+1，则该容量等级相对基准容量等级的折算负载率可按照(5)式计算：

${\beta }_{(n+1)k}=\frac{S_{\mathrm{sjnk}}}{S_{n+1}}---\left(5\right)$

(4)按照(6)式计算分组中的比基准容量等级高一容量等级折算负载率下的综合损耗及其平均值：

P_(n+1)k＝AVERAGE[P_0(n+1)+K_tβ_(n+1)k²P_k(n+1)+C(Q_0(n+1)+K_tβ_(n+1)k²Q_k(n+1))] (6)

其中：

P_(n+1)k-配电变压器容量序列组合中比基准容量高一容量等级平均负载率β_(n+1)k下的平均综合损耗；

P_0(n+1)一比配电变压器基准容量高一等级容量S_n+1的额定空载有功损耗，单位为：kW；

P_k(n+1)-比配电变压器基准容量高一等级容量S_n+1的额定负载有功损耗，单位为：kW；

Q_k(n+1)-比配电变压器基准容量高一等级容量S_n+1的额定空载无功损耗，单位为：kvar；

(5)计算分组中的比基准容量等级再高一容量等级的折算负载率，设分组中比基准容量等级再高一等级的容量为S_n+2，则该容量等级相对基准容量等级的折算负载率可按照(7)计算：

${\beta }_{(n+2)k}=\frac{S_{\mathrm{sjnk}}}{S_{n+2}}---\left(7\right)$

(6)按照(8)式计算分组中的比基准容量等级再高一容量等级折算负载率下的综合损耗及其平均值：

P_(n+2)k＝AVERAGE[P_0(n+2)+K_tβ_(n+2)k²P_k(n+2)+C(Q_0(n+2)+K_tβ_(n+2)k²Q_k(n+2))] (8)

其中：

P_(n+2)k-配电变压器容量序列组合中比基准容量再高一容量等级平均负载率β_(n+2)k下的平均综合损耗；

P_0(n+2)-比配电变压器基准容量再高一等级容量S_n+2的额定空载有功损耗，单位为：kW；

P_k(n+2)-比配电变压器基准容量再高一等级容量S_n+2的额定负载有功损耗，单位为：kW；

Q_k(n+1)-比配电变压器基准容量高一等级容量S_n+2的额定空载无功损耗，单位为：kvar；

(7)依次计算直到该分组中的综合损耗平均值出现拐点，选定拐点处对应的容量等级为该分组的优化后保留的容量等级；

(8)以拐点的下一个容量等级为新的基准容量，由低到高进行重新分组，首先计算基准容量等级不同负载率下的负荷大小；

(9)重复步骤(2)～(8)，再进入下一个循环，直到最大标准容量等级计算完毕，最后一组容量等级如果没有拐点出现，则确定最大标准容量等级为该组的优化容量等级；

(10)计算完成各分组所保留的容量等级形成新的容量等级序列，即为优化容量等级序列。

本发明的有益效果是：现有相关配电变压器技术标准所规定的容量等级序列较多，对同规格配电变压器产品不容易形成规模采购，采购成本较高。基于负荷需求和节能降损而优化后的配电变压器容量等级序列，一般仅为3～5个容量等级，相对于原有的12～18个容量等级序列来说，极易形成规模采购，可有效降低配电变压器的初始投资成本。

附图说明

为了使本发明的内容被更清楚的理解，并便于具体实施方式的描述，下面给出与本发明相关的附图说明如下：

图1是同一负荷在30kVA及其相近容量等级和折算负载率下的平均综合损耗比较图；

图2是同一负荷在80kVA及其相近容量等级和折算负载率下的平均综合损耗比较图；

图3是同一负荷在200kVA及其相近容量等级和折算负载率下的平均综合损耗比较图；

图4是同一负荷在500kVA及其相近容量等级和折算负载率下的平均综合损耗比较图；

图5是同一负荷在1000kVA及其相近容量等级和折算负载率下的平均综合损耗比较图。

具体实施方式

下面是本发明的优选实施例，以下结合本附图对本发明实现的技术方案做进一步说明。

图1是同一负荷在30kVA及其相近容量等级和折算负载率下的平均综合损耗比较图；图1中的A、B、C、D、E点为第一分组中容量分别为30kVA、50kVA、63kVA、80kVA、100kVA的平均综合损耗，其中容量为50kVA的平均综合损耗最低，图中表现为B点，即为该组平均综合损耗曲线的拐点。

图2是同一负荷在80kVA及其相近容量等级和折算负载率下的平均综合损耗比较图；图2中的A、B、C、D、E点为第二分组中容量分别为63kVA、80kVA、100kVA、125kVA、160kVA的平均综合损耗，其中容量为100kVA的平均综合损耗最低，图中表现为C点，即为该组平均综合损耗曲线的拐点。

图3是同一负荷在200kVA及其相近容量等级和折算负载率下的平均综合损耗比较图；图3中的A、B、C、D、E点为第三分组中容量分别为125kVA、160kVA、200kVA、250kVA、315kVA的平均综合损耗，其中容量为250kVA的平均综合损耗最低，图中表现为D点，即为该组平均综合损耗曲线的拐点。

图4是同一负荷在500kVA及其相近容量等级和折算负载率下的平均综合损耗比较图；图4中的A、B、C、D点为第四分组中容量分别为315kVA、400kVA、500kVA、630kVA、800kVA的平均综合损耗，其中容量为630kVA的平均综合损耗最低，图中表现为D点，即为该组平均综合损耗曲线的拐点。

图5是同一负荷在1000kVA及其相近容量等级和折算负载率下的平均综合损耗比较图。图5中的A、B、C、D点为第五分组中容量分别为800kVA、1000kVA、1250、1600kVA的平均综合损耗，容量为1600kVA的平均综合损耗最低，图中表现为D点，但不是该组平均综合损耗曲线的拐点，1600kVA已经是10kV级S11型三相油浸式双绕组无励磁调压配电变压器技术标准中规定的最高容量等级，则选择1600kVA为该组的最优容量等级。

以S11型三相油浸式双绕组无励磁调压配电变压器为例，10kV级S11型三相油浸式双绕组无励磁调压配电变压器的容量范围为30～1600kVA，共17个容量等级，其技术性能参数具体如表2所示。

表2S11型三相油浸式双绕组无励磁调压配电变压器技术性能参数

依据表2S11型三相油浸式双绕组无励磁调压配电变压器性能参数计算对于同一负荷在不同平均负载率下的综合损耗情况。

首先以30kVA为基准容量等级，同一负荷在30kVA及其相近容量等级和折算负载率下的综合损耗如表3所示。

表3同一负荷在30kVA及其相近容量等级和折算负载率下的综合损耗

表3为第一分组具体计算数据，图1为第一分组中各额定容量下的平均综合损耗曲线。由表3数据和图1比较情况可以看出，相对于30kVA基准额定容量，从总体节能效果和满足负荷及其发展需求考虑，50kVA优于其他容量等级。

再以63kVA为基准容量等级，同一负荷在63kVA及其相近容量等级和折算负载率下的综合损耗如表4所示。

表4同一负荷在63kVA及其相近容量等级和折算负载率下的综合损耗

表4为第二分组具体计算数据，图2为第二分组中各额定容量下的平均综合损耗曲线。由表4数据和图2比较情况可以看出，相对于基准63kVA额定容量，从总体节能效果和满足负荷及其发展需求考虑，100kVA优于其他容量等级。

以125kVA为基准容量等级，同一负荷在125kVA及其相近容量等级和折算负载率下的综合损耗如表5所示。

表5同一负荷在125kVA及其相近容量等级和折算负载率下的综合损耗

表5为第三分组具体计算数据，图3为第三分组中各额定容量下的平均综合损耗曲线。由表5数据和图3比较情况可以看出，相对于125kVA基准额定容量，从总体节能效果和满足负荷及其发展需求考虑，250kVA优于其他容量等级。

以315kVA为基准容量等级，同一负荷在315kVA及其相近容量等级和折算负载率下的综合损耗如表6所示。

表6同一负荷在315kVA及其相近容量等级和折算负载率下的综合损耗

表6为第四分组具体计算数据，图4为第四分组中各额定容量下的平均综合损耗曲线。由表6数据和图4比较情况可以看出，相对于315kVA基准额定容量，从总体节能效果和满足负荷及其发展需求考虑，630kVA优于其他容量等级。

以800kVA为基准容量等级，同一负荷在800kVA及其相近容量等级和折算负载率下的综合损耗如表7所示。

表7同一负荷在800kVA及其相近容量等级和折算负载率下的综合损耗

表7为第五分组具体计算数据，图5为第五分组中各额定容量下的平均综合损耗曲线。由表7数据和图5比较情况可以看出，相对于800kVA基准额定容量，从总体节能效果和满足负荷及其发展需求考虑，1600kVA优于其他容量等级。

综合以上分析计算情况，10kV S11型三相油浸式双绕组无励磁调压配电变压器变压器优化后，新的容量等级序列为50kVA、100kVA、250kVA、630kVA和1600kVA。

由此可见，10kV S11型三相油浸式双绕组无励磁调压配电变压器变压器标准规定原容量等级为17个，采用该优化方法进行优化后为5个容量等级，形成了新的更加科学合理的容量等级序列。

此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。